磁铁矿精矿超声波—酸浸脱磷工艺与机理研究

摘要

近些年来，随着我国高铁、风电、核电等领域的高速发展，对其所用铸件材料的性能提出了更高的要求，高纯生铁是生产这种高端铸件必不可少的原材料。磷会严重影响高纯生铁的纯度，目前，高纯生铁冶炼方法主要有精料法和氧化法。河北承德地区蕴藏丰富的磁铁矿，过去主要利用氧化法生产高纯生铁，因成本高、操作复杂而没有得到广泛的应用，因而采用精料法控制铁矿石的含磷量是本研究的方向。本课题的研究目的是探索出一种经济上合理、技术上可行的铁矿石深度脱磷工艺以达到冶炼高纯生铁的标准，并将该工艺应用于承德磁铁矿的处理当中。
　　本试验采用酸浸法对矿样进行脱磷处理，对比了盐酸、硝酸、硫酸和柠檬酸的脱磷效果，盐酸被作为浸出剂。然后探索盐酸脱磷过程中的最佳工艺参数，得出在盐酸用量15％，铁精粉粒径-0.074 mm占90.5%，液固比1:1，浸出时间2 h，搅拌速度100 r/min常温浸出条件下，此时磷的脱除率可以达到95%以上，浸出渣中磷含量低于0.005%，同时总铁的损失率低于1%。对浸出废酸进行回用试验，随着回用次数的增加，浸出渣中磷含量逐渐升高。
　　进行酸性条件下磁铁矿吸附磷探索性试验，在三种不同酸浓度5%、10%和15%条件下，磷吸附量随着酸度的增加而减小，FT-IR显示高酸度降低了磁铁矿表面活性羟基量。吸附动力学特征较好地符合Elovich方程和准二级动力学方程以及粒间扩散模型，吸附试验数据能够较好地用Langmuir吸附方程拟合。
　　采用超声波辅助脱磷工艺，在满足脱磷率的前提下，得到了最佳的工艺参数：前段浸出时间1 h，超声时间20 min，酸用量9%，超声波频率21 kHz，超声强度350 W，磨矿细度-0.074 mm占81.2%。对浸出废酸进行了回用试验的研究，在每次补加酸量4%情况下，浸出废酸可以回用3次。
　　通过与直接酸浸对比，超声辅助脱磷降低了酸用量和磨矿成本，提高了处理效率，浸出渣中磷含量低于0.005%，满足了冶炼高纯生铁的标准，表明本研究提出的超声辅助酸浸是一种很有效的磁铁矿脱磷方法。

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第1章 绪论

1.1铁矿资源概况

1.2 铸造用高纯生铁的发展形势

1.3 国内外铁矿脱磷生产现状

1.4 本课题的研究意义及内容

第2章 实验材料、试剂及分析方法

2.1 实验样品

2.2 试剂及仪器设备

2.3实验分析方法

第3章 酸浸脱磷试验

3.1 酸的种类对脱磷的影响

3.2 盐酸浸出试验研究

3.3 废酸回用试验

3.4 小结

第4章 酸性条件磁铁矿吸附磷探索试验

4.1 试验材料

4.2 试验过程

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第5章 超声波酸浸脱磷试验

5.1 试验过程

5.2 结果和讨论

5.3 超声波脱磷废液回用试验

5.4 小结

第6章 酸浸及超声波脱磷的理论研究

6.1 浸出动力学模型及方程

6.2 超声波酸浸脱磷机理

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的科研成果